电压

作者:睿博士

运放的电压追随电路,如图1所示,利用虚短、虚断,一眼看上去简单明了,没有什么太多内容需要注意,那你可能就大错特错了。理解好运放的电压追随电路,对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路,都有很大的帮助。

图1 运放电压追随电路

电压追随电路分析

如果我们连接运放的输出到它的反相输入端,然后在同相输入端施加一个电压信号,我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。

假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V,然后当Vin从0V开始增加的时候,Vout也会增加,而且是往正电压的方向增加。这是因为假设Vin突然增大,Vout还没有响应依然是0V的时候,Ve=Vin-Vout是大于0的,所以乘上运放的开环增益,Vout=Ve*A,使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。

当随着Vout增加的时候,输出电压被反馈回到反相输入端,然后会减小运放两个输入端之间的压差,也就是Ve会减小,在同样的开环增益的情况下,Vout自然会降低。最终的结果就是,无论输入是多大的输入电压(当然是在运放的输入电压范围内),运放始终会输出一个十分接近Vin的电压,但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的,以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve,来维持运放的输出,也就是Vout=Ve*A。

运放电路中的负反馈

然后,这个电路很快就会达到一个稳定状态,输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差,这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来,这样的方式被称为负反馈,这是使系统达到自稳定的关键。这不仅仅适用于运放,同样适用于任何常见的动态系统。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力,而不是仅仅处于饱和的状态,全“开”或者全“关”,就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。

由于运放的增益很高,在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等。举例来说,一个运放的开环增益为200 000。如果Vin等于6V,这时输出电压会是5.999 970 000 149 999V。这在运放的输入端产生了足够的电压差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV,这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压,从而这个系统会稳定在这里。正如你所见,29.999 85uV是一个很小的电压,因此对于实际计算来说,我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差Ve=0V,整个过程如图2所示。这也就是我们熟悉的“虚短”,而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的,自然也就有了“虚断”。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益,输出电压会简单的追随输入电压。

图2 负反馈的作用

使用负反馈的一个很大的优势是,我们不用去关心运放的实际电压增益,只要它足够大就可以。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000,这会使得运放的输出电压会更接近Vin一些,更小的输入端之间的电压差用来产生需要的输出电压。在图2示意的电路中,输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压。因此,对于电路设计工程师来说,为了实现放大电路的稳定的闭环增益,运放的开环增益没有必要是一个精确的值,负反馈会使得系统自我调整。

使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益的精度,但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题,那就是降低系统的稳定性,而对于单位增益的电压追随电路来说,这是一种最坏的情况,尤其是在驱动容性负载的情况下,感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料。

关于运放电路,很多时候我们都被灌输反相端追随同相端,就像前面所说的那样,难道就不能同相端追随反相端吗?

对于今天讲的电压追随电路来说,只能是反相端追随同相端。这里因为如果在反相端施加一个正的输入电压,将输出连接到同相端,同样假设输出为0,那Ve会是一个负的电压,乘以运放的开环增益,那输出会是一个负的电压,返回到运放的同相输入端,会进一步得到一个绝对值更大的负电压差。很快运放的输出就会达到饱和,自然也就无法实现同相端追随反相端。

但对于运放来说,如果在反相端施加参考电压,配合其它电子元器件,如三极管、MOS等,使得运放的整体环路形成负反馈,同样也能使同相端追随反相端,而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律。

运放的电压追随电路,”虚短”、“虚断”是表面,而负反馈才是根。基于这个根,可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路。

来源: 凝睿研发工程服务

围观 8

电流、电压、电阻、功率是电子电路中的重要技术参数,相关参量都可以根据其基本原理计算得出。本文主要对电流、电压、电阻、功率参数换算关系及电路中的特性进行介绍。

一、电流、电压、电阻、功率关系式

电流、电压、电阻、功率等参数间有以下换算关系。

功率=电流*电压

功率=电压*电流

电流=电压/电阻

功率:符号P单位W;

电压:符号U单位V;

电阻:符号R单位Ω;

电流:符号I单位A;

二、电流、电压、电阻、功率在通用电路中的关联关系

01. 串联电路关联特性

在串联电路中电流、电压、电阻、功率等主要由以下关联关系。

电流处处相等:I1=I2=I;

总电压等于各用电器两端电压之和:U=U1+U2;

总电阻等于各电阻之和:R=R1+R2;

电路中电器两端电压之比等于电阻之比:U1:U2=R1:R2;

总电功等于各电功之和:W=W1+W2;

各电功之比等于电阻之比和端电压之比:W1:W2=R1:R2=U1:U2;

各功率之比等于电阻之比和端电压之比:P1:P2=R1:R2=U1:U2;

总功率等于各功率之和:P=P1+P2。

02. 并联电路关联特性

总电流等于各处电流之和:I=I1+I2;

各处电压相等:U1=U2=U;

总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和:R=(R1R2)/(R1+R2);

总电功等于各电功之和:W=W1+W2;

电流之比等于电阻反比:I1:I2=R2:R1;

各电功之比等于电流之比和电阻反比:W1:W2=I1:I2=R2:R1;

各功率之比等于电阻反比和电流之比:P1:P2=R2:R1=I1:I2;

总功率等于各功率之和 P=P1+P2。

三、通用电路中相关参量的关系式

01. 电阻R

① 电阻等于材料密度乘以(长度除以横截面积):R=ρ×(L/S);
② 电阻等于电压除以电流:R=U/I ;
③ 电阻等于电压平方除以电功率:R=U^2/P;

02. 电功W

① 电功等于电流乘电压乘时间:W=UIT;
② 电功等于电功率乘以时间:W=PT;
③ 电功等于电荷乘电压:W=QU;
④ 电功等于电流平方乘电阻乘时间:W=I^2*RT(纯电阻电路);
⑤ 电功等于电压平方除以电阻再乘以时间:W=U^2*T/R(纯电阻电路);

03. 电功率P

① 电功率等于电压乘以电流:P=UI;
② 电功率等于电流平方乘以电阻:P=I^2*R(纯电阻电路);
③ 电功率等于电压平方除以电阻:P=U^2/R(纯电阻电路);
④ 电功率等于电功除以时间:P=W/T;

04. 电热Q

① 电热等于电流平方乘电阻乘时间:Q=I^2*Rt;
② 电热等于电流乘以电压乘时间:Q=UIT=W(纯电阻电路);
③ P、V、I三者之间的关系:

对于直流电来说——功率=电流×电压

对于交流电来讲——功率=电流×电压×功率因素(COSΦ)

例如——COSΦ设定为:0.75
1000W三相电流:1000W÷(380V×0.75)=3.5A(安培)
1000W单相电流:1000W÷(220V×0.75)=6.4A(安培)

交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功。也就是说没有消耗电能,即为无功功率。当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。

四线路功率负荷相关计算式

功率的基本计算公式为——功率W(P)=电流A(I)*电压V(U)。

我国的家用市电电压一般是220V,则家用线路负荷容量计算如下:

1.5平方毫米的线电流=10A;承载功率=10A*220V=2200W;

2.5平方毫米的线电流=16A;承载功率=16A*220V=3520W;

4 平方毫米的线电流=25A;承载功率=25A*220V=5500W;

6 平方毫米的线电流=32A;承载功率=32A*220V=7064W;

而不同制冷功率空调的驱动电功率如下:

比如:

三级能效空调1P=726W;

三级能效空调1.5P=1089W;

三级能效空调2P=1452W;

三级能效空调3P=2178W;

因为空调在开启的一瞬间最大峰值可以达到额定功率的2~3倍,依最大值3倍计算:

1P空调的开机瞬间功率峰值是726W*3=2178W,则选择不小于1.5平方的线。

1.5P空调的开机瞬间功率峰值是1089W*3=3267W,则选择不小于2.5平方的线。

2P的空调的开机瞬间功率峰值是1452W*3=4356W,则选择不小于4平方的线。

3P的空调的开机瞬间功率峰值是2178W*3=6534W,则选择不小于6平方的线。

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围观 52

盘点电工常犯的一些错误,你有中招了吗?

demi的头像

今天为大家盘点电工常犯的一些错误,看看你有没有中招。

一、停电检修时,只断开断路器却不挂停电牌,导致存在误送电风险,严重可致人死亡。

二、每天去现场以前,没有测试试电笔的习惯。可能存在试电笔故障,进而导致触电风险。

三、修理设备后,修完就走人,没有试机或没验证好坏,导致重复做返工工作。

四、接电焊机时,空开电流不看清楚,接在6A,10A的空开上。送电后一焊东西就跳闸,还查半天怪这怪那。

五、高空作业时不系安全带。或背上安全带不固定在坚固的支柱上,悬空或绑在细小的电线上。

六、不会用万用表,用电阻档测电压,或电流档测电压,导致万用表冒烟,还怪表质量问题。

七、换感应开关时,常开换成常闭,常闭换成常开。

前言

某客户在调试 STM32L053 的比较器 1 时,使用内部 1.2V 的参考电压,没有问题.但当使用比较器 2 时,使用同样的设置,却发现比较电压无法调到 1.2V,只能设置到 0.6V 左右,到时是什么问题呢?

问题解决

问题调试

首先得到这个问题,我们先比较一下两种现象之间的设置问题,发现比较器 1 和比较器 2 的设置都是一样的.然后我们通过修改比较器 2 的内部比较电压查看现象,发现就算我们设置为二分之一的内部参考电压(二分之一的 1.2V),触发门限依旧是 0.6V.即使使用 cubeMx 重新生成代码,现象也没有得到解决.

解决方法

然后我们开始查看参考手册,我们猜想,两个比较器之间是否有不一样的设置,以为比较器 2 更为高级,有更多的设置.排除功耗和速度的不一样设置外.我们通过搜寻 comp2 发现其在 Reference control and status register (SYSCFG_CFGR3)里面有个不一样的设置, Bit 0 EN_VREFINT.具体描述如下 :

STM32L053 comp2 比较电压无效问题

如描述,我们在某些模式下,必须设置这一位.所以我们做以下修改.在使能比较器 2 之前先设置这一位.

SET_BIT (SYSCFG- > CFGR3, 1);
HAL_COMP_Start(&hcomp2);

在这修改后,比较器 2 的比较电压可以得到正常的电压值,如 1.2V.

总结

在同一个类型外设中,如果两个外设同样的设置,却得不到同样的效果.我们可以通过查询参考手册对于这两个外设的不同描述,根据不同的描述,找出与现象之间有相关的差异,进行修改与调试.往往可以得到比较好的效果,或者提示.

来源: http://stmcu.com.cn/

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